安徽省怀远县包集中学高一化学导学案：第四章 鲁科版必修1
课标解读 课标要求 1． 了解硅及其重要化合物的主要性质 2． 认识其在生产中的应用和对生态环境的影响 学习目标 1． 让学生了解硅及二氧化硅的主要性质及这些性质在材料中的应用 2． 让学生了解传统的硅酸盐制品和一些新型无机非金属材料在生产、生活中的重要作用 【知识再现】
一、半导体材料与单质硅 1、半导体材料
半导体材料特指导电能力介于 和 之间的一类材料。最早使用的半导体材料是 ，但由于其在地壳中含量很低、提练工艺复杂、价格昂贵、不适用于广泛使用。现在最广泛使用的半导体材料是 。 2、单质硅
⑴ 单质硅的物理性质：
单质硅有 和 两种。晶体硅是 色、有 光泽、硬而脆的固体。单质硅的导电性介于 和 之间。 属于 晶体。 ⑵ 单质硅的化学性质：
常温下，单质硅的化学性质不活泼，只能和F2、HF、强碱溶液反应。 写出下列反应的化学方程式： Si + F2 == Si + HF ==
Si + NaOH + H2O ==
在加热条件下，硅能与某些非金属单质发生反应，如O2 、Cl2 等反应。 写出下列反应的化学方程式： Si + O2 加热=====
Si + Cl2 加热=====
⑶ 硅的制备：
①工业上用 在高温下还原 可制得粗硅，其反应方程式为：
②粗硅的提纯：工业上硅的提纯原理是在高温下让粗硅跟Cl2反应，其产物在高温下被
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H2还原，从而得到纯度很高的硅，其反应的化学方程式为：
，
③实验室中，将细砂粉（SiO2）与镁粉混合加热，也可制得粗硅，反应的化学方程式为： ；这种粗硅往往含有过量的镁、氧化镁和硅化镁 （Mg2Si），这些杂质可溶于盐酸而除去，（Mg2Si跟盐酸反应的产物之一是SiH4）,从而使粗硅得以提纯。有关反应的方程式为： Mg + HCl === MgO + HCl === Mg2Si + HCl === ⑷ 硅的用途：
①在计算机等电子工业，可用作 ，大规模 等。 ②还可用于制造 和 。
③硅的合金用途也很广泛，如含硅4%的钢具有良好的导磁性，可用来制造 ；含硅15%左右的钢具有良好的耐酸性，可用来制造 。 二、二氧化硅和光导纤维 1、二氧化硅存在、性质和用途
⑴ SiO2的存在：SiO2广泛存在于自然界中，常见的有： 、 、 。 另外SiO2也是构成地壳的主要成分。 ⑵ SiO2性质：
① SiO2物理性质：状态： 硬度 ： 水溶性： 熔、沸点： ，属于 晶体。 ② SiO2化学性质：
写出下列反应的化学方程式并注明反应的条件： SiO2 + NaOH ====
SiO2 + HF ==== （氢氟酸腐蚀玻璃原理） SiO2 + C ====
SiO2 + CaCO3=== （工业制玻璃原理） SiO2 + Na2CO3=== （工业制玻璃原理） ⑶ SiO2用途： 用于建筑，石英用于制造 ，纯SiO2用于制造光学仪器和
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2、光导纤维
⑴ 主要成分是： ⑵ 用途是： ⑶ 优点： 三、硅酸盐与无机非金属材料 1、硅酸：
硅酸（H2SiO3）、原硅酸（H4SiO4）为不溶于水的弱酸，酸酐都是 ，原硅酸不稳定，在空气中易失水形成硅酸。方程式为： 。 2、硅酸盐：
① 常见的易溶于水的硅酸盐为硅酸钠，其水溶液俗称 或 ，在空气中会变质，变质的反应方程为： 。
② 硅酸盐常表示成氧化物的形式：金属氧化物·SiO2· H2O。例如Na2SiO3可表示为Na2O· SiO2；高岭石[AI2(Si2O5)(OH)4]可表示为 ；正长石(KAISi3O8)可表示为 。 3、无机非金属材料 ⑴
传统无机非金属材料 ⑵
玻璃 原料 设备 成分 水泥 原料 设备 成分 陶瓷 原料 制造 过程 - 3 -
新型无机非金属材料 分类 ① ② ③ ④ 特性 ① ② ③ ④ 【重难点精讲】
1、硅和二氧化硅的化学性质
⑴ Si在低温时的还原性大于C，但C在高温下能还原出Si：
SiO2 + 2C 高温===== Si + 2CO↑
⑵、非金属单质一般不和非氧化性酸反应，但能与HF反应：
Si + 4HF === SiF4 ↑+ 2H2↑
⑶、非金属单质跟碱溶液反应一般不放出H2，但Si却能强碱溶液反应生成H2。 Si+ 2NaOH+H2O == Na2SiO3 +2H2 ↑ ⑷、非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。
⑸、SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水反应生成H2SiO3。 ⑹、酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2能与HF反应。 SiO2 + 4HF == SiF4↑ + 2H2O ⑺、无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。
⑻、 Na2CO3+SiO2???Na2SiO3+CO2? CaCO3+SiO2???CaSiO3+CO2? 一般情况下，因为碳酸的酸性比硅酸强，可发生下列反应：
Na2SiO3 + CO2 + H2O=== H2SiO3 ↓ +Na2CO3 即符合“强酸制弱酸”复分解反应规律。而上述条件之所以能进行，是因为该反应不是在水溶液中，而是在高温条件下发生的。从化学平衡的角度理解，高温时，SiO2这种高沸点、难挥发的固体制得了低沸点、易挥发的CO2气体，因CO2生成后离开反应体系使反应向右进行到底。 2、硅酸盐的表示方法
硅酸盐的种类多，结构复杂，其组成的表示方法有两种。
高温高温 - 4 -
⑴ 盐化学式法：
对于组成较简单的硅酸盐来说一般用其化学式表示。如：硅酸钠：Na2SiO3硅酸钙：CaSiO3 ⑵ 氧化物法:
氧化物的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水
氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后的原子个数守恒原则配置系数。 注意：氧化物之间要用“· ”隔开；系数配置出现分数应化为整数。 例如：钾长石KAlSi3O8不能写成：1/2K2O·1/2Al2O3·3SiO2 应写成： K2O·Al2O3·6SiO2 3、无机非金属材料 （1）、硅酸盐工作简介： ①玻璃、水泥 原 料 英（SiO2） 原 理 高温下复杂物理化学变化 Na2CO3+SiO2???Na2SiO3+CO2? 化学方程式 CaCO3+SiO2???CaSiO3+CO2? 普主要成分及特体，称为玻璃态物质无固定熔点，3CaO·Al2O3 铝酸三钙 性 在某一温度范围内软化可加工成制品 ②新型无机非金属材料的种类和用途： 材料类别 主要特性 示例 用途 汽轮机叶片、轴承、永久性模具等 集成电路中的半导体 光缆通讯、医疗、照明 人造骨、人造关节、接骨螺钉 通玻璃 钠玻璃3CaO·SiO2 硅酸三钙、 高温高温玻 璃 水 泥 纯碱（Na2CO3）石灰石（CaCO3）石主要原料 石灰石 粘土 辅助原料 适量的石膏等 高温下复杂物理化学变化 （Na2O·CaO·6SiO2）玻璃是非晶2CaO·SiO2 硅酸二钙、 高温结构陶瓷 能承受高温，强度高 Si3N4陶瓷 半导体陶瓷 光学陶瓷 生物陶瓷 具有电学特性 具有光学特性 具有生物功能 SnO2陶瓷 光导纤维 Al2O3陶瓷 - 5 -
压电陶瓷 具有压电效应 BaTiO3、PbTiO3 压电地震仪 陶瓷 【典题解析】
例1、（2006·天津理综）
晶体硅是一种重要的非金属材料。制备纯硅的主要步骤如下： ①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
②粗硅与干燥ＨＣｌ气体反应制得SiHCl3：Si＋3HCl SiHCl3＋Ｈ2
300℃
③SiHCl3与过量Ｈ2在1000～1100℃反应制得纯硅 已知SiHCl3能与Ｈ2Ｏ强烈反应，在空气中易自燃。 请回答下列问题：
（1）第①步制备粗硅的化学反应方程式为 。 （2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0℃）中含有少量SiCl4（沸点57.6℃）和HCl（沸点－84.7℃），提纯SiHCl3采用的方法为： 。
（3）用SiHCl3与过量Ｈ2反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）：
①装置Ｂ中的试剂是 ，装置Ｃ中的烧瓶需要加热，其目的是： 。 ②反应一段时间后，装置Ｄ中观察到的现象是 ，装置Ｄ不能采用普通玻璃管的原因是 ，装置Ｄ中发生反应的化学方程式为 。 ③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及 。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂（填写字母代号）是
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